后疫情時(shí)代，靈活、高效、韌性和可持續(xù)發(fā)展成為焦點(diǎn)，如今許多行業(yè)領(lǐng)導(dǎo)者認(rèn)為智能制造時(shí)代將加速到來(lái)。事實(shí)上，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng) (IIoT) 正納入越來(lái)越多新技術(shù)和新標(biāo)準(zhǔn)，如開(kāi)放平臺(tái)通信統(tǒng)一體系架構(gòu) (OPC UA FX)、時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò) (TSN)、Wi-Fi 6/7 標(biāo)準(zhǔn)、5G 以及單對(duì)以太網(wǎng) (SPE)/以太網(wǎng)-APL 技術(shù)。
對(duì)此，兩位 IIoT 領(lǐng)域的資深專(zhuān)家就智能制造的未來(lái)發(fā)展和實(shí)現(xiàn)途徑分享了前沿洞見(jiàn)。貝加萊工業(yè)自動(dòng)化有限公司（ABB 集團(tuán)下屬公司）控制系統(tǒng)、機(jī)器視覺(jué)和網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品管理副總裁 Stefan Sch?negger 與 Moxa 工業(yè)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施部產(chǎn)品經(jīng)理 Jack Lin 一起解答了許多行業(yè)在規(guī)劃和實(shí)施工業(yè)聯(lián)網(wǎng)解決方案、實(shí)現(xiàn)智能制造過(guò)程中面臨的五大問(wèn)題。
1.實(shí)現(xiàn)智能制造的關(guān)鍵技術(shù)為何如此重要，它們?nèi)绾蜗嗷プ饔茫?/b>
Stefan: 智能制造的基本技術(shù)原理是通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)形成設(shè)備網(wǎng)絡(luò)，無(wú)縫監(jiān)控整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程。在此過(guò)程中，設(shè)備不斷收集和分析包括實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)在內(nèi)的各種來(lái)源的數(shù)據(jù)，通過(guò)數(shù)字信息技術(shù)提高適應(yīng)力，實(shí)現(xiàn)快速設(shè)計(jì)變更。此外，數(shù)據(jù)科學(xué)家可以借助數(shù)據(jù)模擬制造過(guò)程，探究如何提高某些環(huán)節(jié)的效率。因此，提取并分析所有數(shù)據(jù)至關(guān)重要，這是挖掘相關(guān)知識(shí)和洞見(jiàn)的基礎(chǔ)。而無(wú)縫安全的互操作性是數(shù)據(jù)提取分析的必要前提，這正是 OPC UA 標(biāo)準(zhǔn)的作用。
另外，OPC UA
● 支持云端和現(xiàn)場(chǎng)的各類(lèi)應(yīng)用，如 OPC UA FX (Field eXchange)
● 配合 TSN，支持 IEC/IEEE 60802 配置文件，使不同的 IT 和 OT 協(xié)議能夠共存于通用網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施中
OPC 協(xié)會(huì)還與多個(gè)組織開(kāi)展合作
● 新 5G 和 Wi-Fi 6/7 技術(shù)
● 高級(jí)物理層 (APL) 項(xiàng)目組，規(guī)定流程工業(yè)要求
得益于此，OPC UA 標(biāo)準(zhǔn)日益普及，廣泛用于工廠(chǎng)自動(dòng)化和流程工業(yè)的諸多應(yīng)用中。
Jack: OPC UA FX、TSN、5G、Wi-Fi 6/7 和單對(duì)以太網(wǎng)/以太網(wǎng)-APL 使用相同的通信包交換技術(shù)和以太網(wǎng)基礎(chǔ)，因此可以輕松銜接，并能協(xié)調(diào)諸多標(biāo)準(zhǔn)機(jī)構(gòu)和社區(qū)（如 IEEE 802.1 TSN TG、IEEE 802.3 TG、IEEE 802.11 TGbe、IETF、5G-ACIA 以及 IEC/IEEE 60802 聯(lián)合項(xiàng)目）的所有工業(yè)合作伙伴的努力。簡(jiǎn)言之，上述技術(shù)在各種工業(yè)應(yīng)用中能夠高效協(xié)作。
2. 是否只有新建項(xiàng)目可以使用智能制造新技術(shù)？擴(kuò)建項(xiàng)目可否使用？
Stefan: 牢記客戶(hù)已為當(dāng)前所用技術(shù)投入大量資金，無(wú)法一夜間全部換新。因此，技術(shù)升級(jí)需平穩(wěn)過(guò)渡。OPC UA FX 是 OPC UA 技術(shù)的擴(kuò)展升級(jí)，允許不同的既定通信協(xié)議共存于同一網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施，完成技術(shù)過(guò)渡。在這一技術(shù)支持下，統(tǒng)一通信解決方案將代替?zhèn)鹘y(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)和實(shí)時(shí)以太網(wǎng)協(xié)議，切實(shí)可行地將現(xiàn)有工業(yè)操作升級(jí)為智能工廠(chǎng)模式。
Jack: 在考慮采用這些新技術(shù)時(shí)，我們要兼顧新建項(xiàng)目和擴(kuò)建項(xiàng)目。以 IEEE 802.1 TSN TG 為例，該技術(shù)組各項(xiàng)新功能要與 TSN 相關(guān)，以過(guò)去 40 余年積累的技術(shù)為基礎(chǔ)。我們歷來(lái)都是在已有技術(shù)沉淀基礎(chǔ)上繼續(xù)開(kāi)發(fā)新功能，確保同時(shí)向后和向前兼容。
3. 技術(shù)如何助力機(jī)器學(xué)習(xí)和人工智能？
Stefan: 機(jī)器學(xué)習(xí)和人工智能 (AI) 都需要接受高質(zhì)量數(shù)據(jù)訓(xùn)練，才能做出精準(zhǔn)預(yù)測(cè)。我從兩方面看待這個(gè)問(wèn)題：
得益于芯片技術(shù)和新型單對(duì)以太網(wǎng)連接技術(shù)的進(jìn)步，更小體積的智能傳感器即將問(wèn)世，能夠借助 OPC UA 實(shí)現(xiàn)以太網(wǎng)通信連接。智能制造的實(shí)時(shí)通信可以通過(guò)依靠 TSN 技術(shù)經(jīng)由銅線(xiàn)實(shí)現(xiàn)，或依靠 5G/Wi-Fi 6/7 技術(shù)通過(guò)新型無(wú)線(xiàn)信號(hào)實(shí)現(xiàn)。下一代傳感器將成為數(shù)據(jù)信息的新來(lái)源。
這些新的數(shù)據(jù)源也將通過(guò) OPC UA 全面的數(shù)據(jù)語(yǔ)義為機(jī)器學(xué)習(xí)和人工智能提供高質(zhì)量數(shù)據(jù)輸入。下一代傳感器將使用絕對(duì)時(shí)間戳，提供完整的數(shù)值、單位和閾值信息，算法預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性將得到質(zhì)的提升。這是所有數(shù)據(jù)科學(xué)家夢(mèng)寐以求的結(jié)果。
Jack: 有價(jià)值的數(shù)據(jù)往往需要從大量信息中提取。但由于物理限制，共享信息的空間和速度有限。這時(shí)就需要發(fā)揮 TSN 和 5G 等超可靠無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)的作用。TSN 提供的帶寬比現(xiàn)有工業(yè)以太網(wǎng)高出 10 到 100 倍，5G 網(wǎng)絡(luò)容量是前幾代蜂窩技術(shù)的 10 倍。這些網(wǎng)絡(luò)技術(shù)具有確定性和超低有界延遲，能夠確定性傳輸更精確且更高質(zhì)量的數(shù)據(jù)，例如高分辨率的圖像和視頻流。此外，借助單對(duì)以太網(wǎng)和以太網(wǎng)-APL 技術(shù)，我們可以順暢訪(fǎng)問(wèn)最邊緣的設(shè)備和應(yīng)用傳感器的數(shù)據(jù)，由此得到整體數(shù)據(jù)視圖。
4. 10 年后，智能制造將會(huì)發(fā)展成什么樣子？
Stefan: 未來(lái)的工廠(chǎng)依舊離不開(kāi)人力，但人力將需要加大與機(jī)器人和智能機(jī)器的合作，使制造過(guò)程更加安全高效，盡可能實(shí)現(xiàn)碳中和。因此，操作技術(shù) (OT) 將借鑒和利用切實(shí)有效的信息技術(shù) (IT) 方案，以改良形式將 IT 技術(shù)運(yùn)用到機(jī)器運(yùn)作和工廠(chǎng)生產(chǎn)中。
為此，OPC UA 支持跨平臺(tái)、跨行業(yè)、跨國(guó)工業(yè)通信。未來(lái)設(shè)備將智能化，能遠(yuǎn)程升級(jí)網(wǎng)絡(luò)安全防護(hù)工具，并具有擴(kuò)展的功能和特性。各類(lèi)設(shè)備要能使用同一組標(biāo)準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)相互通信以及與云端通信。因此，未來(lái) OPC UA、TSN、5G、Wi-Fi 6/7 和單對(duì)以太網(wǎng)（SPE）/以太網(wǎng)-APL 技術(shù)都將繼續(xù)發(fā)揮關(guān)鍵作用。
Jack: 如果工業(yè) 3.0 的特點(diǎn)是相互獨(dú)立、預(yù)編程的回路和過(guò)程，那么工業(yè) 4.0 的發(fā)展方向?qū)⑹窍嗷f(xié)作、快速反應(yīng)的協(xié)調(diào)單一回路。人力、機(jī)器、數(shù)據(jù)和網(wǎng)絡(luò)等所有資源都和諧互聯(lián)，能在正確的時(shí)間和地點(diǎn)調(diào)動(dòng)并使用正確資源，達(dá)到生產(chǎn)目標(biāo)。
5. 實(shí)現(xiàn)智能制造面臨哪些阻礙？
Stefan: 我們需要打破 IT 技術(shù)和 OT 技術(shù)之間的隔閡，繼續(xù)融合 IT 和 OT。應(yīng)當(dāng)積極推動(dòng)形成跨學(xué)科開(kāi)放合作的氛圍，幫助 IT 和 OT 技術(shù)人員交流傳播行業(yè)知識(shí)，協(xié)同合作，實(shí)現(xiàn)碳中和。
Jack: 前面我們討論了這些關(guān)鍵技術(shù)的許多優(yōu)勢(shì)。但是仍需考慮一些現(xiàn)實(shí)問(wèn)題，例如業(yè)務(wù)計(jì)劃和投資回報(bào)率。有時(shí)我們會(huì)看到，客戶(hù)在滿(mǎn)足當(dāng)前市場(chǎng)需求和為未來(lái)發(fā)展投資之間很難取得平衡。事實(shí)上，為了滿(mǎn)足當(dāng)前市場(chǎng)需求，他們可能會(huì)延緩對(duì)未來(lái)發(fā)展的投資計(jì)劃。我建議企業(yè)積極采取措施，識(shí)別可變因素，減少風(fēng)險(xiǎn)，努力克服不可預(yù)見(jiàn)的障礙，引領(lǐng)企業(yè)走向更好的未來(lái)。
結(jié)論
正如 Stefan 和 Jack 所言，智能制造的未來(lái)建立在可互操作的標(biāo)準(zhǔn)之上。各行業(yè)應(yīng)大力采用包括 OPC UA、TSN、5G、W-Fi 6/7 和單對(duì)以太網(wǎng) (SPE)/以太網(wǎng)-APL 在內(nèi)的新技術(shù)。如想了解更多關(guān)于智能制造和 TSN 的內(nèi)容，請(qǐng)?jiān)L問(wèn)我們的 TSN 微網(wǎng)站。